對隧道排水設計中關鍵性問題的探討

李 媛

（北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京市 100082）

0 引言

近年來國內大中型城市的道路建設形成向空間發展、向地下發展的趨勢，其中隧道工程以其獨特的優勢得到迅速發展，但隨之而來的地下道路的淹澇災害也頻繁發生，對城市經濟發展以及公共安全造成較大的負面影響。

“水少為憂、水臟為患、水多為災”，“水問題”已成為目前我國大多數城市可持續發展急待解決的一大難題[1]。尤其是近幾年來國內諸多大城市內澇頻發：2012 年北京7·21 特大暴雨事件、2021 年鄭州7·20 特大暴雨事件等等均造成隧道、地鐵、下凹橋區等城市交通系統嚴重癱瘓，傷亡人數較多，引發社會廣泛關注，也為地下半地下空間的安全問題敲響了警鐘。因此，城市下穿隧道排水系統的設計尤為重要。

筆者以桐鄉市烏鎮大道隧道的排水設計為例，系統總結了隧道排水設計的思路、方法和特點，并對隧道排水工程設計中幾個關鍵問題進行探討，提出相關建議供設計人員參考。

1 工程概況

桐鄉市烏鎮大道是桐鄉市中心城區南北向的主要通道之一，位于桐鄉市世紀大道，南起振興東路，北至逾橋東路。擬改造道路全長約2.58 km，由現況雙向6 車道，拓寬至雙向8 車道。全線設置隧道2座，其中利民路—康民路隧道全長545 m；茅盾東路—中山東路—體育路隧道，隧道全長1145 m。烏鎮大道為桐鄉市第一條采用下穿隧道形式的主干路。

為解決兩條隧道低點處的雨水、廢水的排放，全線共需設置4 座排水泵站，其中在利民路—康民路隧道設置1#排水泵站，在茅盾東路—中山東路—體育東路隧道設置2#、3#、4# 排水泵站，見圖1。

圖1 隧道泵站總體布置圖

2 下穿隧道排水系統設計

2.1 泵站防淹澇措施

由于我國開發利用地下空間的時間較晚，目前的規范與標準中均未明確規定地下空間的防洪標準，防洪措施與人員緊急疏散的實施尚不到位。

因而在設計中，應將工程與非工程措施有效地結合起來，以期做到以防為主，防治結合，將淹澇災害對地下道路造成的生命財產損失降到最低。

（1）工程設計措施

為防止客水流入隧道，將高水有效截留至地面排水系統，本工程在設計過程中，與道路、隧道及電氣設計團隊多次配合，采取了如下防淹澇技術措施：

a. 分別在兩條隧道的南、北洞口處設置駝峰，形成反坡點，人為的創造條件阻隔來自駝峰外的路面雨水[2]。考慮到U 槽縱坡一般較大（本工程縱坡為6%），地面雨水集流時間短、流速快、流量大，此駝峰需高于周邊附近主、輔路路面高程30 cm 以上，以便更好地達到阻隔雨水的目的；

b. 地面排水系統中，所有輔路相交路口須增設雨水口；

c. 洞口兩側均設置有高度為81 cm 防撞護欄（且不設孔洞）；

d. 南、北洞口處主、輔路隔離帶須采取封閉（不設開口）設計，并局部加高洞口處主、輔隔離帶路緣石高度至40 cm；

e. 周邊地塊新設路口須遠離南、北兩側洞口；

f. 隧道排水泵房的配電室須設置在高處，用以保證水泵房不會因積水淹沒斷電而被迫停運。

（2）應急管理措施

為保障工程的排水安全，還應采取監測、管控等非工程管理手段：

a. 隧道洞門擋水墻外、隧道內最低點均結合道路監控和標尺實現水位監控，為隧道管控手段提供依據；

b. 當預計發生超標準降雨或可能導致隧道進水的工況前，需臨時中斷交通，采取圍堰、臨時堵截等方式防止客水進入地下道路低水系統。

地下道路管理部門應設專人定期對泵站進行巡視維護，并且安排專人對泵站進行監控，保證雨季泵站正常運行，水泵及時啟動。同時還應加強雨季防汛工作，確保隧道發生積水時能及時采取有效的處理措施。泵站格柵設有柵渣儲運設施，每場降雨后，管理人員需及時對柵渣進行清理外運。

2.2 泵站設計流量計算

排水泵房需滿足設計要求，泵房要求能夠及時快速地排除隧道內的積水以保證行車安全，這是下穿隧道排水設計中最核心的部分[3]。

（1）設計參數[4]

設計重現期：P=50 a，以100 a 一遇標準校核。

綜合徑流系數：ψ=1.0（計算中考慮到設計安全性，避免泵站設計流量過小在特大暴雨時期不能滿足排水要求，在設計過程中適當取高值）。

集聚時間：t=3 min。

暴雨強度公式：浙江省桐鄉市2020 年暴雨強度公式[5]

（2）設計水量

本工程泵站設置的數量為4 座，其中利民路—康民路隧道為短隧（僅在隧道最低點處設置一座排水泵站），茅盾東路—中山東路—體育東路隧道為長隧（分別在兩側洞口和隧道最低點處設置三座排水泵站）。

1# 泵站的建設目的是為排除利民路～康民路隧道兩側敞口段的雨水和低點廢水（含沖洗廢水、結構滲入水），設計水量根據利民路～康民路隧道縱斷，南側流域面積從道路高點K0+360 至南側閉合框架起點K0+464；北側流域面積從道路高點K0+990 至北側閉合框架起點K0+740，兩側以隧道道路寬度為界（且洞口處雙側擋墻側墻面積應計入匯水面積），見圖2。設計總流域面積為F=1.11 hm2，計算水量為861.4 L/S。此泵站設計水量定為1120 L/S（考慮1.3倍安全系數）。

圖2 1# 泵站流域面積劃分圖

2# 泵站的建設目的是為排除茅盾東路—中山東路—體育東路隧道南側敞口段的雨水，設計水量根據茅盾東路—體育東路隧道縱斷，南側流域面積從道路高點K0+990 至南側閉合框架起點K1+275；兩側以隧道道路寬度為界（且洞口處雙側擋墻側墻面積應計入匯水面積），見圖3。設計總流域面積為F=0.885 hm2，計算水量為690.2 L/s。此泵站設計水量定為900 L/s（考慮1.3 倍安全系數）。

圖3 2# 泵站流域面積劃分圖

3# 泵站的建設目的是為排除茅盾東路—中山東路～體育東路隧道北側敞口段未能截住的雨水（按50%的4# 泵站設計水量）、隧道南側敞口段未能截住的雨水（按50%的2# 泵站設計水量）以及隧道內最低點的消防廢水、沖洗廢水和結構滲漏水。計算水量為642.3 L/s。此泵站設計水量定為835 L/s（考慮1.3 倍安全系數）。

4# 泵站的建設目的是為排除茅盾東路—中山東路—體育東路隧道北側敞口段的雨水，設計水量根據茅盾東路—體育東路隧道縱斷，北側流域面積從道路高點K2+310 至北側閉合框架起點K2+145；兩側以隧道道路寬度為界（且洞口處雙側擋墻側墻面積應計入匯水面積），見圖4。設計總流域面積為F=0.763 hm2，計算水量為594.7 L/s。此泵站設計水量定為770 L/s（考慮1.3 倍安全系數）。

圖4 4# 泵站流域面積劃分圖

（3）設計規模

1#排水泵站Q =1.12 m3/s、揚程為16.5 m；

2#排水泵站Q =0.90 m3/s、揚程為15.5 m；

3#排水泵站Q =0.835 m3/s、揚程為20.5 m；

4#排水泵站Q =0.77 m3/s、揚程為15 m。

揚程為泵站泄壓井地面高程與泵站最低水位之間的高差，含局部和沿程損失。

2.3 泵站收水系統設計

設計中要保證隧道內的排水順暢，不使路面產生積水，收水系統需要著重注意以下兩個方面：（1）截——橫截溝一般設置在隧道洞口處及隧道內道路縱斷的最低點處，為避免產生集留、涌流，橫截溝（管）的設計需滿足最大暴雨時設計要求。（2）排——根據道路橫斷，在隧道外及隧道內道路單側或雙側布置的邊溝，其斷面設計需與泵站設計標準一致，需滿足最大暴雨時的排水要求。以上兩個方面的合理設計對隧道積水通過先截再排的方式可有效排除[3]。

本工程為保證1#～4# 排水泵站有效排除利民路—康民路隧道和茅盾東路—中山東路—體育東路隧道敞口段的雨水及日常沖洗水、結構滲入水等隧道低點處的廢水，其收水系統采用兩種形式，分別為：洞口采用橫截溝+ 排水邊溝；隧道最低點處采用橫向連通管+排水邊溝。此外，收水系統應滿足泵站設計流量的要求并有不小于2 的安全系數，并滿足100 a 校核的要求。

本工程擬定在兩條隧道的南、北兩側隧道洞口處各設置2 道橫截溝，間距2.0 m，隧道最低點處采用D=800 橫向連通管（該連接管布置在隧道結構底板以內）；利民路—康民路隧道U 槽及隧道內全線設置斷面為B×H=500 mm×500 mm 的排水邊溝；茅盾東路—中山東路～體育東路隧道U 槽及隧道內排水邊溝在泵站進水洞口處采用斷面為B×H=500 mm×500 mm，隧道內其余位置采用斷面為B×H=150 mm×175 mm 的弧形排水邊溝。2# 泵站上層平面示意見圖5，1#泵站剖面示意見圖6。

圖5 2# 泵站上層平面示意圖（單位：mm）

圖6 1# 泵站剖面示意圖（單位：mm）

2.4 泵站工藝設計要點

（1）確定排水泵站位置及數量

在隧道排水系統設計中，需要充分考慮隧道內道路系統的分布，根據道路設計盡量減少排水泵站的個數，進行合理分區排放。

本工程兩條隧道的排水設計，因其長度的不同，并綜合考慮投資大小和運行成本的高低，泵站的總體布置具有較為明顯的代表性。其中，利民路—康民路隧道長度較短，僅為545 m（即為短隧），在隧道最低點設置一座排水泵站（用于提升雨水和低點廢水）；茅盾東路—中山東路—體育路隧道全長1145 m（即為大于1000 m 的長隧），在兩側洞口和隧道低點分別設置一座排水泵站，數量共計三座。

隧道洞口處雨水泵站的設置位置需考慮以下幾點：a.盡可能地接近洞口，以期在最短時間內快速收集并排除敞口段的雨水水量，避免流入隧道內造成水災；b.泵房內上層房間凈高度（軌底—檢修平臺）在滿足檢修要求的條件下，還需考慮泵房結構外頂有2 m 左右的覆土，以便于各種擬建專業管線及現況管線的通過（上水、中水、電信、電力、燃氣等）；c.考慮到泵房設備檢修、隧道內照明情況及避免發生車輛追尾的多種因素，建議泵房設置在行車方向的右側，即慢車道方向，并在泵房門口設置緊急停車帶[6]（若沒有條件設置時，應注意在設備間大門臨近的車道上布置錐桶、警示燈等安全措施，以保障人員的進出安全）。

隧道排水泵房的供配電系統不宜與泵房同層設置（尤其最低點泵房），配電室應設置在高處（至少應高于泵房所在位置），用以保證水泵房不會因積水淹沒斷電而被迫停運。

（2）泵站雨污分流設計

在兩條隧道的低點處分別設置的低點排水泵站1# 和3#泵站，目的是為提升汛期敞口段的雨水和日常廢水。

為保證當地雨污分流制排放體制的要求，在泵站內采用大、小泵搭配運行的方式，即小泵（2 臺，一用一備）可考慮抽排小雨工況、消防廢水、沖洗廢水和結構滲入水，其下游接入附近現況污水井中；大泵（3 臺，兩用一備）在極端暴雨情況下，可考慮3 臺全開，其下游接入泄壓井中，而后排入河道。大泵、小泵之間的運行工況互不影響。1#泵站上層平面示意見圖7。

圖7 1# 泵站上層平面示意圖（單位：mm）

（3）泵站退水管設計

根據《室外排水設計標準》規定：“下穿立交道路排水應設置獨立的排水系統，并防止倒灌。當沒有條件設置獨立排水系統時，受納排水系統應能滿足地區和立交排水設計流量要求”[7]。在本次設計中由于下穿隧道區域離河流等天然水體較近，且下穿隧道水量也較大，故1#～4# 隧道排水泵站均設有獨立的排水系統，經泄壓井后，退水管道直接排至天然水體（現況北港河和體育東路現況河道）。

在泵站重力流退水管路的檢查井中采用加設沉泥井的方式，用以保證排放河道的水質。退水管排入河道處設置八字出水口擴散排放。

3 結語

桐鄉市烏鎮大道隧道排水工程在整個項目中雖然所占比重較小，但其作用不可低估，其設計是否合理將直接影響到日后隧道的使用安全。本文總結了烏鎮大道隧道排水工程設計的幾個關鍵點：

（1）若設計隧道洞口與河道緊鄰，應有可靠的防淹澇措施，并應明確工程項目附近的雨水排水體制，是否存在內河、外河及區域雨水泵站提升等情況。

（2）隧道洞口處除要求道路專業設置明顯的變坡高點以外，還應在洞口設置擋水墻，其高度應滿足周邊區域設防洪水位，宜再加0.5 m 高度，且洞口處雙側擋墻側墻面積應計入匯水面積。

（3）隧道低點排水泵站應做到雨污分流設計。

（4）隧道退水管道宜設置獨立的排水系統，直接排至天然水體。